Учёные Бельгийского научно-исследовательского института науки о жизни и Лёвенского католического университета (VIB and KU Leuven) объединились, чтобы исследовать стволовые клетки пациентов с боковым амиотрофическим склерозом, имеющих мутации гена FUS. Они обнаружили нарушение аксонального транспорта в моторных нейронах, а также разработали генетические и фармакологические стратегии для смягчения дефекта. Подробнее с исследованием можно ознакомиться в журнале Nature Communications.
Окрашивание различных маркёров моторных нейронов (Hb9, Isl1, ChAT, SMI-32, Synapsin1) и DAPI в мутантных FUS-экспрессирующих и контрольных клетках на 38-й день. Источник: Van Den Bosch et al./Nature Communications
Боковой амиотрофический склероз (БАС) – неизлечимое нейродегенеративное расстройство, при котором у пациентов атрофируются двигательные нейроны, и наступает прогрессирующий паралич. Пока что нет объяснения, почему нейроны избирательно дегенерируют. Существует «гипотеза отмирания»: при БАС теряют функцию дистальные аксоны. Поэтому длинные и наиболее энергозатратные двигательные нейроны становятся уязвимыми.
FUS и транспортные дефекты
Генетические формы БАС встречаются редко, но именно они дают представление о механизмах заболевания. Один из четырёх основных мутирующих генов БАС – ген FUS.
В сотрудничестве с лабораторией Верфайли в Лёвенском католическом университете команда профессора Людо Ван Ден Боша (Ludo Van Den Bosch) синтезировала индуцированные множественные стволовые клетки пациентов БАС с различными мутациями FUS. Это позволило учёным сгенерировать новую модель нейронов человека для изучения заболевания. Мотонейроны, полученные из этих стволовых клеток, показали не только типичную цитоплазматическую мутацию FUS и гипоэкстрактивность, но и прогрессивные аксональные дефекты переноса различных импульсов – патологической особенности, никогда не наблюдавшейся в этих клетках ранее.
Доктор Вентинг Гуо (Wenting Guo), один из исследователей пояснил: «Дистальная аксональная локализация зависит от заряда энергопроизводящих органелл и других зарядов ядра, так что значение аксонального транспорта в БАС не удивительно. Важный шаг в том, что мы можем воспроизвести эту особенность заболевания на культивированных моторных нейронах человека».
Аксональные проблемы переноса митохондрий ранее описывались в моделях мутанта SOD1, который также связан с семейной БАС. В случае SOD1, транспортные дефекты связывают с морфологическими изменениями в митохондриях, но FUS мутации не приводят к грубым повреждением митохондрий.
Доктор Гуо поясняет: «Благодаря умениям нашей электронной микроскопической платформы мы могли бы продемонстрировать, что митохондрии в нейронах мутантов FUS выглядят здоровыми».
HDAC6 на помощь
Методика CRISPR/Cas9, опосредованная генетической коррекцией мутаций FUS, спасает от нарушений аксонального транспорта, учитывая специфику патологии. Однако фармакологическое ингибирование или генетическое инактивирование HDAC6 также восстанавливает аксональные дефекты транспорта.
Ван Ден Бош считает, что HDAC6 изменяет строительные блоки микротрубочек, которые служат для транспорта аксонов. При ингибировании HDAC6 это изменение становится более интенсивным, и улучшается аксональный транспорт, что может предотвратить гибель аксонов.
Профессор подчёркивает, что аксональная транспортная дисфункция – это лишь один из аспектов механизма заболевания.
Ван Ден Бош настроен оптимистично: «Аксональный транспорт может играть важную роль в патологии БАС, а ингибирование HDAC6 может стать перспективным терапевтическим подходом, хотя одного лишь прекращения ретракции может быть недостаточно для подбора стратегии лечения».
Текст: Екатерина Андреянова
HDAC6 inhibition reverses axonal transport defects in motor neurons derived from FUS-ALS patients by Wenting Guo, Ludo Van Den Bosch et al in Nature Communications. Published online October 2017
doi:10.1038/s41467-017-00911-y